LA SOLDADURA EN LA CONSTRUCCION METALICA

LA SOLDADURA EN LA CONSTRUCCION METALICA

Presentado por: Gabriel Orlando Porras ArévaloIng. Metalúrgico y CWI de la AWS

Objetivo

Sensibilizar el gerenciamiento de la calidad en proyectos de estructura metálica, importancia en todas las etapas del proyecto desde la concepción hasta el cierre.

Gerenciamiento de la Calidad

• Tomado del

• PMBOK

INICIO DEL PROYECTO

Maersk Line firmó un contrato de $ 1.9 bncon DSME

• La clase Triple-E es una versión mejorada

• El Buque requería mejorar la capacidad contenedores adicionales.

• El buque de 165,000 ton tiene una longitud de 400m, 59m y el tiro es 15.5m. La altura sobre la línea de base es de 73 metros, un metro más que el barco más alto, Los velocidad máxima de 23k.

• Los recipientes más eficientes energéticamente. La huella de dióxido de carbono (CO 2 ) al emitir un 20% menos de CO 2, Reduce el consumo de combustible y las emisiones de CO 2 en aproximadamente un 9%.

• Producción energía mecánica en turbinas apartir de la recuperación de calor residual

RIESGOS DEL PROYECTO

Eficiencia Económica

Diseños Sofisticados

Como obtener estructuras metálicas de calidad ?

Como se logra la construcción y montaje de una estructura metálica de calidad ?

Proceso Constructivo

1. Taller, f (diseños estructurales, Planos de taller, plan de inspección)PlantillajePreparación, enderezado y conformaciónMarcado de ejecuciónCortes y perforacionesArmado y soldadura Preparación de superficies y pinturaMarcado e identificación de elementos

2. Montaje en Obra Procedimientos aterrizados a la obraRecursos, Supervisión, Maquinaria adecuada.

NORMAS Y CODIGOS PARA DISEÑO Y

CONSTRUCCION DE ESTRUCTURAS METALICAS

Estructuras de Acero Estructural

Diseño: AWS D1.1/D1.1M23rd Edition, 2015Structural Welding Code – SteelCriterios Aceptacionensayos no Destructivos y Soldadura

Estructuras de Aluminio

AWS D1.2/D1.2M

6th Edition, 2014Structural Welding Code’ AluminumCriterios Aceptacionensayos no Destructivos y Soldadura

Laminas y Platinas de Acero con esfuerzo de fluencia no mayor a 80000 PSI (galv. o no)

Diseño:

Diseño: ANSI/AWS D1.3 A.I.S.C 23rd Edition, 2015

Structural Welding Code – Sheet SteelCriterios Aceptacionensayos no Destructivos y Soldadura

Aceros de Refuerzo

AWS D1.4/D1.4M

8th Edition, January 1, 2018Structural Welding Code - Steel Reinforcing BarsCriterios Aceptacionensayos no Destructivos y Soldadura

Estructuras para Puentes

AASHTO/AWS D1.5M/D1.5

7th Edition, December 12, 2016BRIDGE WELDING CODECriterios Aceptacionensayos no Destructivos y Soldadura

¿POR QUÉ UTILIZAR UN CÓDIGO DE SOLDADURA?•Calidad

•Favorece la economía del proyecto

•Instrucciones estandarizadas

•Criterios de aceptación

•Califica el wps y al personal

•Orden de compra o contrato

FILOSOFIA DE LOS CODIGOS • Código ASME

American Society of MechanicalEnginners

Origen: Finales del siglo XIX

Fundación: 1880

Motivo: Debido a la gran cantidad de desastres que se ocasionaban a falta de un estándar para la fabricación, montaje e inspección de diferentes productos

Logo:

• AWS

American Welding Society

Orígenes: 1era Guerra Mundial

Fundación: Año 1919

Motivo: La alta demanda de productos militares con tiempos de producción rápidos

Logo:

INGENIERIA DE LA SOLDADURA

Inspección de Construcciones Soldadas AWSInspector CWI(Certified Welding Inspector)

la última caracterización del sector de la metalmecánica y soldadura.

OCPE 32 Inspectores en soldadura CWI, de los cuales 8 son extranjeros y de los restantes su mayoría son funcionarios públicos del SENA, Ecopetrol, Cotecmar y UTP quedando solo 8 CWI en el sector privado. Asimismo cerca de 50 inspefctores asociados CAWI

Responsabilidades del Inspector de soldadura

Inspección Previa a la

aplicación del cordón de soldadura

Planos, normas

y especificaciones

Revisión compra y

recepción de materiales

Procedimientos de soldadura y calificaciones de soldadores

y operarios

Equipos de

soldadura

Limpieza, geometría y arreglo

de la junta.

Temperatura de

precalentamiento

ESPECIFICACION: Descripción detallada de las diferentes partesde un todo, la exposición o enumeración de sus característicasparticulares tales como tamaño requerido, calidad, desempeñoesperado, definiciones y términos obligatorios de las partes, Ejem:Especificaciones AWS A5.1 a A5.31 para materiales de aporte desoldadura.

CODIGO: Conjunto de leyes, nacionales, locales, de un grupo deindustrias, etc. Arreglados sistemáticamente para facilitar su uso yreferencia rápida. (ASME Sección IX, AWS D1.1).

PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA

1. WPS: Especificación del procedimiento de soldadura (welding procedure specification)

2. PQR: Registro de la calificación del procedimiento (procedure qualification record)

3. WPQ: Calificación de la habilidad del soldador u operario (Welder performance qualification-wpq)

ESPECIFICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA (WPS)

Documento preparado por un departamento técnico o de ingeniería de la empresa para dar instrucciones precisas al personal que ejecuta y al que inspecciona las soldaduras.

ESPECIFICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA (WPS)

El propósito de una WPS es definir y documentar todos los detalles que se deben tener en cuenta al soldar materiales o partes específicas.

CONTENIDO DE UNA WPS

1. Todas las variables esenciales, relativas a cada proceso de soldadura utilizado.

2. Todas las variables no esenciales, relativas a cada proceso de soldadura utilizado.

CONTENIDO DEL WPS

1. Identificación de la WPS, de la empresa y delresponsable de la WPS.

2. Alcance.

3. Identificación de los metales base: Especificación,tipo y/o grado.

4. Proceso (s) de soldadura utilizado (s).

5. Diseño de la juntas, tolerancias y detalles.

CONTENIDO DEL WPS

6. Tipo, clasificación y composición de los metales deaporte y otros materiales de soldadura. También sepueden incluir las condiciones de almacenamiento deestos materiales.

7. Posiciones en las cuales es aplicable el procedimiento.

8. Precalentamiento y temperaturas entre pases.

CONTENIDO DEL WPS

9. PWTH.

10. Tipo y composición de los gases de protección,cuado sea aplicable.

11. Tipo de corriente eléctrica, polaridad y rangos decorriente para los diferentes tipos y tamaños deelectrodos o varillas utilizadas.

12. Voltaje y velocidad de avance del arco.

CONTENIDO DEL WPS

13. Otras características eléctricas (modo de transferencia,velocidad de alimentación del alambre, etc.).

14. Preparación de las juntas y limpieza de las superficies parala soldadura.

15. Puntos de soldadura para armado y ensamble de las partes.

CONTENIDO DE LA WPS

16. Preparación de la raíz de la soldadura antes de soldar por elotro lado.

17. Entrada de calor a la junta.

18. Otras como: tipo de cordón, boquillas de gas, oscilación,distancia de contacto del electrodo, simple o múltiplespases de soldadura, martillado de las juntas y otrosaspectos que se consideren relevantes.

REGISTRO DE LA CALIFICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO (PQR)

Documento que valida y respalda una wps, en el cual se registran los valores reales de las variables del procedimiento de soldadura usado para ejecutar una calificación en una probeta soldada y los valores de los resultados obtenidos de las pruebas y ensayos efectuados a la misma.

SECUENCIA DE UNA CALIFICACIÓN

1. WPS

2. Ejecución cupón de prueba

3. Vt (criterios del código)

4. END (cuando se requiera)

5. Ubicación, identificación, rayado y estampe de probetas

6. Extracción y mecanizado de probetas

7. Ejecución de los respectivos ensayos

8. Análisis de resultados (criterios del código)

9. Informe: rechazo o certificaciones (pqr; wpq)

0

100

200

300

400

500

600

700

0 10 20 30 40 50

Du

reza

vic

kers

Distancia [mm]

Perfiles MicrodurezaLinea 1 - Superior(FCAW)

Linea 2 - Intermedia(FCAW)

Linea 3 - Inferior(FCAW)

Linea 4 - Superior(SMAW)

Linea 5 - Intermedia(SMAW)

Linea 6 - Inferior(SMAW)

Linea Central A-B(GTAW)

ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS PARA

INSPECCION DE SOLDADURAS

Ensayos no destructivos para la inspección de las juntas.

METODOPROPIEDADES

SENSADAS O MEDIDASDISCONTINUIDADES

TIPICASAPLICACIONES

REPRESENTATIVAS

ESTANDARASTM

SELECCIONADOVENTAJAS LIMITACIÓNES

RADIOGRAFIA X Y GAMMA

Cambios de densidad de vacíos, inclusiones,

variaciones del material, ubicaciones

de partes internas

Vacíos, Porosidades, Inclusiones y Grietas

Fundiciones, Forjados, Soldaduras, Ensambles

E94, E592, E746, E1030, E431,

E747E1032, E801,

E1316E1742

• Defectos y discontinuidadesinternas,

• Usado en amplia variedad de materiales

• Ensayo portable• Registro permanente

• Alto costo• Relativa

sensibilidad para defecto delgados y laminares.

• Riesgo a la salud

EXAMINACIÓNCON LIQUIDOS PENETRANTES

Aberturas de superficieGrietas, Porosidades, Traslapes y costuras

Fundiciones, Forjados, Soldaduras,

Componentesmetálicos y NO

metálicos

E165, E1316,E433, E1417

• Sencillo• Fácil de usar• Portable

• Ladiscontinuidad debe ser abierta a la superficie

• Presencia de falsas indicaciones

EXAMINACIÓN POR PARTICULAS

MAGNETICAS

Fuga en el flujo magnético causado por discontinuidades

superficiales y sub-superficiales

Grietas superficiales, o sub-superficiales, traslapes, vacíos e

inclusiones no metálicos

Productosferromagnéticos tales

como soldaduras, fundiciones,

extrucciones, y otras estructuras de acero

básicas

E125, E1316, E707, E1444

• Estable• No es costoso

• Solo materiales ferromagnéticos

• Preparación de la superficiapuede ser requerida

• Presencia de indicaciones falsas


EJEMPLOS DE RADIOGRAFIA INDUSTRIAL

Radiografías de probetas para calificación de

soldadores

Detección de defectos en una línea de flujo mediante Radiografía

Industrial

Ejemplos de montajes para realizar el ensayo

de Radiografía Industrial


METODOPROPIEDADES


TIPICASAPLICACIONES

REPRESENTATIVAS

ESTANDARASTM





de partes internas



E94, E592, E746, E1030, E431,

E747E1032, E801,

E1316E1742











metálicos

E165, E1316,E433, E1417





MAGNETICAS








básicas

E125, E1316, E707, E1444






EJEMPLOS DE EXAMINACIÓN CON TINTASPENETRANTES

Control de calidad de bridas mediante tintas

penetrantes

Inspección de estructuras mediante tintas penetrantes

Funcionamiento de las tintas penetrantes


METODOPROPIEDADES


TIPICASAPLICACIONES

REPRESENTATIVAS

ESTANDARASTM





de partes internas



E94, E592, E746, E1030, E431,

E747E1032, E801,

E1316E1742











metálicos

E165, E1316,E433, E1417





MAGNETICAS








básicas

E125, E1316, E707, E1444






EJEMPLOS DE EXAMINACIÓN CONPARTICULAS MAGNETICAS

Inspección de probeta soldada mediante

partículas magnéticas

Detección de defectos en tubería mediante el uso de partículas

magnéticas fluorescentes

Ejemplos de montajes para realizar el ensayo

de Radiografía Industrial


METODOPROPIEDADES


TIPICASAPLICACIONES

REPRESENTATIVAS

ESTANDARASTM


EXAMINACIÓNULTRASONICA

Cambios enimpedancia acústica

Grietas, vacíos, porosidad,

laminaciones, inclusiones, faltas de

penetración y de fusión

Soldaduras, Laminas, Tubos, Fundiciones,

Forjados, Extrucciones, Medición de espesores

E273, E587, E114, E317, E664, E127, E428, E787, E164, E494, E213, E1316, E1001, E214,

E587

• Excelente penetración• Lectura automática• Buena sensibilidad y

resolución• Solo necesita acceso

por un lado• Registro permanente si

se requiere

• Requiere acoplante acústico para la superficie

• Estándar de referencia usualmente requerido

• Alta dependencia de la habilidad del operador

EXAMINACIÓNULTRASONICA B, C

Y CB SCAN

Posicionamiento de los ecos en una base de tiempo de llegada de

un espectro osciloscopio

Perdidas de espesor de pared,

determinación de perfil real del

material, detección de corrosión, laminaciones,

segregaciones, HIC

Laminas, Tubos,Fundiciones, y en

general materiales ferrosos y no ferrosos

E114, E317, E664, E797, E494, E1316

• Registro permanente de la zona exploradaindicando la profundidad y el valor real de la perdida de espesor


• Se limita la sensibilidad en superficies irregulares y rugosas.


METODOPROPIEDADES


TIPICASAPLICACIONES

REPRESENTATIVAS

ESTANDARASTM


EXAMINACIÓNULTRASONICA

Cambios enimpedancia acústica

Grietas, vacíos, porosidad,

laminaciones, inclusiones, faltas de

penetración y de fusión

Soldaduras, Laminas, Tubos, Fundiciones,

Forjados, Extrucciones, Medición de espesores

E273, E587, E114, E317, E664, E127, E428, E787, E164, E494, E213, E1316, E1001, E214,

E587

• Excelente penetración• Lectura automática• Buena sensibilidad y

resolución• Solo necesita acceso

por un lado• Registro permanente si

se requiere


• Estándar de referencia usualmente requerido

• Alta dependencia de la habilidad del operador

EXAMINACIÓNULTRASONICA B, C

Y CB SCAN

Posicionamiento de los ecos en una base de tiempo de llegada de

un espectro osciloscopio

Perdidas de espesor de pared,

determinación de perfil real del

material, detección de corrosión, laminaciones,

segregaciones, HIC

Laminas, Tubos,Fundiciones, y en

general materiales ferrosos y no ferrosos

E114, E317, E664, E797, E494, E1316

• Registro permanente de la zona exploradaindicando la profundidad y el valor real de la perdida de espesor


• Se limita la sensibilidad en superficies irregulares y rugosas.


EJEMPLOS DE EXAMINACIÓN ULTRASONICA

Control de calidad de materiales

Detección de defectos

Esquema de funcionamiento del

ultrasonido

HISTORIA DE LA SOLDADURA

Pilar de Hierro (Delhi, India)

Soldadura en la edad media

Línea de Tiempo – Evolución de la soldadura

Los primeros indicios de la soldadura Era de hierro y de bronce

Año 310 d.C

Siglo V al siglo XV

Soldadura por forja

Descubrimiento del arco eléctrico

Principios del siglo XIX

Mediados del siglo XIX

Invención de los electrodos de metal y la

soldadura por resistencia

Aplicación exitosa de la soldadura con termita

Finales del siglo XIX

SIGLO XIX

Año 1919

Introducción de la soldadura con corriente

alterna y soldadura con gas

Inicio de la aplicación de la soldadura en forma

automáticaAño 1920

SEGUNDA GUERRA MUNDIAL

Implementación de fundentes para la soldadura con arco eléctrico (SMAW)

Soldadura de pernosSoldadura por arco sumergido (SAW)

Inicio de investigación de la soldadura

Año 1930

Año 1940

Se perfecciono la soldadura con gas de protección y electrodo de tungsteno

(GTAW)

Avances en recubrimientos de los electrodos revestidos.

Aplicación de la primera soldadura con fundente

en el nucleo (FCAW)Año 1957

Año 1958

Nacen nuevos procesos como:

� Soldadura por electro-escoria

� Soldadura con plasma

Creación de estándares y códigos para soldadura

Soldadura con laser, soldadura por fricción,

soldaduras en frio, entre muchos otros métodos

Finales del siglo XXSIGLO XX

Siglo XXI


• En 1800, Sir Humphry Davy descubrió el arco eléctrico

• Los avances en la soldadura por arco continuaron con las invenciones de los electrodos de metal por el ruso NikolaiSlavyanov y el norteamericano, C. L. Coffin a finales de los años 1800

• A. P. Strohmenger lanzó un electrodo de metal recubierto en Gran Bretaña, que dio un arco más estable.

• En 1919, la soldadura de corriente alterna fue inventada por C. J. Holslag,

Sir Humphry Davy

NikolaiSlavyanov

Charles L.Coffin

Arthur P.Strohmenger


• La soldadura por resistencia Elihu Thomson en 1885.

• La soldadura de termita fue inventada en 1893, y alrededor de ese tiempo, se estableció otro proceso, la soldadura a gas. El acetileno fue descubierto en 1836 por Edmund Davy, pero su uso en la soldadura no fue práctico hasta cerca de 1900

Ejemplo de soldadura por resistencia eléctrica

Esquema de sistema de soldadura de termita


Proceso de soldadura de pernos 1930

Proceso de arco sumergido Proceso GTAW 1941


Historia de la Soldadura• En 1957, debutó el proceso de

soldadura por arco con núcleo fundente, en el que el electrodo de alambre auto blindado podía ser usado con un equipo automático, resultando en velocidades de soldadura altamente incrementadas,

• Durante el año 1957 fue inventada la soldadura de arco de plasma.

• La soldadura por electro-escoria fue introducida en 1958, y fue seguida en 1961 por su homóloga, la soldadura por electrogas.

FCAW

Soldadura con arco de plasma

Soldadura por elecro-escoria

PROCESOS DE SOLDADURA MAS

USADOS

Tendencia Actual de los Procesos de Soldadura

• Bajo nivel de inversión.

• Proceso simple, flexible y portable.

• Acceso a juntas en lugares difíciles de llegada.

• Uso en exteriores, al aire libre.

• Capacidad de soldar la mayoría de los metales ferrosos y no ferrosos.

SOLDADURA FCAW (Flux Cored Arc Welding)

• El proceso emplea gas (que proviene de ciertos componentes del fundente que está contenido dentro del alambre tubular) para proteger el metal líquido cuando el arco está encendido; con o sin protección adicional proveniente de un gas suministrado externamente, y sin la aplicación de presión. Durante el enfriamiento y solidificación Del metal de soldadura depositado la protección se hace con escoria.

Métodos de soldadura mas usados en la actualidad

Características principales:

• La Fuente de poder es la que suministra corriente continua y generalmente es de voltaje constante, en las aplicaciones de unión se emplea polaridad positiva (el alambre-electrodo está conectado al borne positivo de la fuente).

Esquema de equipo para FCAW


Desventajas del FCAW:• Aplicable solo a metales ferrosos y

aleaciones de níquel• Produce escoria• Mas costoso que otros procesos• Su equipo tiene un grado de

complejidad importante.• Genera gran cantidad de humos y

vapores con respecto a otros procesos.

Ventajas del FCAW:

• Depósitos de soldadura de alta calidad y buen aspecto.

• Alto factor operativo• Elevada tasa de deposición• No es necesario un largo proceso de

limpieza• Arco visible • Fácil de usar

Proceso de Soldadura TIG (GTAW)

Gas Tungsten Arc Welding

VENTAJAS DEL GTAW

• Genera soldaduras de alta calidad• No requiere tanta limpieza• No produce chispa ni salpicadura• Disminuye la entrada de calor

comparado con los métodos anteriores

• Muy versátil ya que se puede usar en metales ferrosos y no ferrosos

• Genera baja presencia de defectos

Esquema ilustrativo del proceso de soldadura GTAW

SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO (SAW)

Proceso de arco sumergido



Procesos Productivos

Ejemplos de:

Antítesis de Control de Calidad

• Fallas dimensionales

• Impresiones de Diseño por no considerar algunas cargas

• Inexistencia de plan de Inspección

• Fallas en el montaje

• Deficiencias en la implementación de PQR, WPS y WPQ

• Fallas en los Recubrimientos

Muchas Gracias

Fin

Documents

LA SOLDADURA EN LA CONSTRUCCION METALICA